基于大批量蓋帽零件生產(chǎn)的沖壓模具設(shè)計(jì)

李亞超，巴吾東，喬 龍

（新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047）

1 零件工藝分析

沖壓加工是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中先進(jìn)高效的加工方法之一，在現(xiàn)代制造業(yè)，如汽車、拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、電機(jī)、電器、儀表、化工容器、玩具以及日常生活用品的生產(chǎn)方面，都占有十分重要的地位。帽蓋零件在各種機(jī)械外殼上的應(yīng)用較為廣泛。如圖1所示，此工件為帶凸緣圓筒形，形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，且在凸緣上均勻分布4個(gè)相同的小孔，中間有大孔。零件材料為10鋼，板材厚度為2mm。

圖1 沖壓零件圖

根據(jù)零件的尺寸結(jié)構(gòu)和形狀特征，確定此有凸緣圓筒形件是典型的拉深件，其成形過程包括落料、拉深、沖孔等工序。首先要計(jì)算確定它是否能一次拉深成功，若一次不成形則需要幾次拉深。零件的落料圓心和拉伸圓心重合，故加工時(shí)要保證圓心精度。中心孔和4個(gè)偏心孔在拉伸工序結(jié)束后沖裁，以防止孔發(fā)生變形。另外沖大孔和小孔應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，以保證位置精度和防止孔變形。為了保證制件的順利加工和取件，模具必須有足夠高度。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根據(jù)拉深凸模與拉深凹模工作配合長(zhǎng)度決定，設(shè)計(jì)時(shí)可能高度出現(xiàn)誤差，應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度。

2 成型工藝方案確定

根據(jù)工藝分析可知，該工件包括落料、拉深兩個(gè)基本工序，落料和拉深應(yīng)在一副模具中，以保證圓心精度，中心孔與偏心孔應(yīng)同樣保證圓心精度，還應(yīng)考慮到生產(chǎn)效率和模具的制作成本以及實(shí)際的可操作性，可以有以下3種工藝方案：

（1）先落料，然后拉深、切邊，再?zèng)_孔。采用單工序模生產(chǎn)。

（2）落料—拉深復(fù)合沖壓，切邊—沖孔復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。

（3）拉深級(jí)進(jìn)沖壓。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。

方案1模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要4道工序4副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該工件大批量生產(chǎn)的要求。方案2只需2副模具，生產(chǎn)效率較高，盡管模具結(jié)構(gòu)較方案1復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，模具制造并不困難，工件精度也高，并且適合大批量生產(chǎn)。方案3只需一副模具，生產(chǎn)效率高，但模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，送進(jìn)操作不方便，加之尺寸偏大，在生產(chǎn)過程中也容易出現(xiàn)故障。通過對(duì)上述3種方案的分析比較，若該工件能一次拉深，采用方案2為佳。

3 落料—拉深復(fù)合模和切邊—沖孔復(fù)合模的設(shè)計(jì)

零件的Φ20孔在拉深件底部，而4個(gè)Φ5的小孔在帽緣上，這都要求應(yīng)在拉深成形之后再?zèng)_孔，以防止孔在加工過程中的變形。其兩套模具結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖3所示。

圖2中的落料拉深復(fù)合模的工作流程是：上模在壓力機(jī)作用下向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)與板料接觸時(shí)，落料拉深凸凹模7繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，將拉深的坯料沖出，向下與拉深凸模22接觸，最終將毛坯拉深成形為零件。上模回程時(shí)，毛坯由與頂桿23相連的推件塊19頂出，最后再由打桿15將其打下取出。將上一工序的毛坯放入圖3所示的切邊沖孔復(fù)合模中進(jìn)行切邊和沖孔，從而加工出尺寸合格的零件。

圖2 落料拉深復(fù)合模結(jié)構(gòu)

圖3 切邊沖孔復(fù)合模結(jié)構(gòu)

4 工藝計(jì)算

4.1 模具材料的選用

零件材料為10鋼，有很好的沖壓性能。依據(jù)沖壓模具材料的選用原則，凸模、凹模的材料選用Cr12MoV，加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使其硬度達(dá)到HRC58～HRC62。

4.2 計(jì)算毛坯尺寸

4.3 拉深成形次數(shù)的確定

拉深系數(shù)d/D＝42/100＝0.42，由文獻(xiàn)［2］得材料的極限拉深系數(shù)為0.58～0.48。由于0.42＜0.58～0.48，故可以一次拉深成形。

4.4 壓邊圈的確定

4.5 選取凸模與凹模的圓角半徑

因?yàn)閳A角R＝2mm屬于過渡尺寸，且R＝2mm＝t可以一次成形，為簡(jiǎn)單方便，設(shè)計(jì)生產(chǎn)中直接按工件尺寸作為拉深凸、凹模該處尺寸。

4.6 壓力計(jì)算

由于本模具落料時(shí)采用卸料裝置，同時(shí)又沒有沖裁件卡在凹模內(nèi)，所以落料力就是沖裁力。參考文獻(xiàn)［2］，取材料抗剪強(qiáng)度τb＝300MPa，抗拉強(qiáng)度σb＝400 MPa，修正系數(shù)K＝1.3，K1＝0.86。則可求得沖裁力、拉深力為：

其中：L為沖裁周邊長(zhǎng)度。

5 結(jié)語

本設(shè)計(jì)雖然有兩套模具，使得成本有一定的增加，但這也使生產(chǎn)的可操作性大大增加，產(chǎn)品質(zhì)量得到提高，完全可以滿足大批量生產(chǎn)的要求。

［1］趙志偉.模具發(fā)展現(xiàn)狀［J］.模具制造，2007（6）：2－4.

［2］劉建超，張寶忠.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造［M］.高等教育出版社，2004.

［3］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)，中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典編委會(huì).中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典［M］.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［4］楊玉英.實(shí)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［5］付建軍.模具制造工藝［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

Design of Stamping Die for Mass Production of Cap Parts